. 1 10 La présente invention concerne, d'une part, un mélange gazeux combustible contenant de l'hydrogène ou du gaz naturel, et de l'acétylène, et, d'autre part, un procédé d'oxycoupage d'un métal ou d'un alliage métallique par chauffage â l'aide d'une flamme et apport d'un flux d'oxygène de coupe mettant en oeuvre un tel mélange gazeux combustible.
Classiquement, l'oxycoupage met en oeuvre, d'une part, une flamme de chauffe et, d'autre part, un jet ou flux d'oxygène de coupe.
La flamme de chauffe, habituellement nourrie par un mélange de gaz combustible et d'oxygène de chauffe, conditionne en grande partie le rendement et la qualité
de l'oxycoupage.
Actuellement, les gaz combustibles connus pour L'alimentation de la flamme de chauffe sont l'acétylène, le propane, le méthane, l'hydrogène et d'autres gaz de pétrole liquéfié (G. P. L.), l'éthylène, le propylène éventuellement mélangé avec du méthylacétylëne, ou encore des mélanges de gaz tels que le CRYLENET"" (mélange comportant environ 73% d'éthylène, 22% d'acétylëne et 5%
de propylène), le TETRENET"" (mélange de type MAPP
comptant environ 39% de méthylacétylêne et de propadiène, 44% de propylène et 17% d'un mélange de butane, propane et de leurs dérivés insaturés); le TETRENET"" et le ' 2 CRYLENET"" sont commercialisés par la société L'AIR
LIQUIDE.
Par ailleurs, des mélanges de gaz de pétrole liquéfié (G. P. L.) dont certains constituants comportent des radicaux -OH, sont également utilisés pour alimenter une flamme d'oxycoupage. On peut citer, par exemples, les mélanges combustibles suivants qui sont disponibles dans le commerce: FLAMEXT"", CHEMTANE IIT"', HGXT"",OU EXCELLENET"'.
Or, les mélanges sophistiqués précités et les gaz spécifiques dérivés d'hydrocarbures ont des coûts relativement élevés, notamment de mise en oeuvre, étant donné qu'ils consomment beaucoup d'oxygène. Par ailleurs, ils sont souvent sensibles au froid et sont conditionnés sous une faible pression.
L'acétylène, bien que permettant d'obtenir des vitesses de coupe élevées avec de bonne qualités d'arêtes de coupe, est mal adapté aux découpes des fortes épaisseurs et est sensible au retour de flamme.
Des recherches visant à améliorer la flamme de chauffe d'un procédé d'oxycoupage ont conduit â mélanger entre eux les différents gaz ci-dessus et ont permis d'obtenir des mélanges gazeux présentant des propriétés variables pour l'application considérée.
A ce titre, on peut citer le document EP-A-0313176 décrivant un procédé de placage à la flamme à l'aide d'un canon à détonation mettant en oeuvre un mélange gazeux combustible-comburant constitué d'oxygène ou d'oxyde azoteux, en tant que comburant, et d'un prémélange d'acétylène et de propylène, méthane, éthylène, méthylacétylène, propane, pentane, butadiène, butylène, butane, oxyde d'éthylène, éthane, cyclopropane, propadiène et/ou cyclobutane, en tant que combustible.
En outre, le document US-A-3982883 enseigne un procédé de coupage à la flamme mettant en oeuvre un gaz de combustion constitué, d'une part, de propane, butane, gaz naturel, d'acétylène et leurs mélange et, d'autre part, d'un additif hydrocarboné, .tels le 1-pentène, le cyclopentane, le 1-octène...
Le document JP-A-61042592 décrit, quant â lui, un mélange gazeux ternaire de combustion pour le soudage, la chauffe ou le coupage par fusion constitué de 20 à 70% de gaz naturel, 10 à 60% d'hydrogène et de 20 à 70%
d'acétylène.
Par ailleurs, le document JP-A-50006003 enseigne un mélange liquide pour le soudage, la chauffe ou le coupage de métal constitué de 64 à 95% de méthane et de 5 à 35%
d'éthylène.
De même, le document JP-A-530065303 décrit un mélange gazeux pour le coupage par fusion contenant du méthane, de l'éthylène et du gaz de pétrole liquéfié (G.
P. L.), par exemple du propane ou du propylène.
En outre, le document FR-A-2099217 a trait à un mélange gazeux combustible destiné au chauffage, â la fusion, au soudage ou à la coupe des métaux, contenant 1 â 77% de méthylacétylène et/ou propadiène, du méthane, de l'éthane, de l'éthylène, du propane et/ou du propylène.
On peut également citer les documents JP-A-840203976 et JP-A-840161584 qui décrivent des mélanges gazeux ternaires contenant moins de 70% de gaz naturel et de 20%
à 70% d'acétylène et jusqu'à 70% d'hydrogëne.
Préférentiellement, selon ces documents, le mélange gazeux ternaire contient 60% d'acétylène, 20% de gaz hydrocarbonë et 60% d'hydrogène.
Dans certains cas, l'oxycoupage est effectué en alimentant la flamme de chauffe avec du gaz naturel, essentiellement formé de méthane. En effet, l'emploi de gaz naturel pour l'oxycoupage présente l'avantage d'utiliser un gaz dont le coût est faible, tout en -permettant de couper des éléments métalliques sur une large plage d'épaisseurs. Toutefois, il a été observé que le gaz naturel ne procure qu'une faible température de flamme, nécessite des temps de préchauffage longs et conduit, par ailleurs, à une mauvaise qualité des arétes de coupe.
En outre, il est connu que les flammes de combustion de mélanges oxygène/hydrogène ou oxygène/gaz naturel sont relativement difficiles à régler.
En effet, pour obtenir une flamme de combustion ayant des caractéristiques acceptables, en termes notamment de puissance spécifique et de température, il est nécessaire de procéder à un contrôle et une mesure précise du rapport de consommation des gaz, ce qui nécessite la mise en oeuvre d'appareils de mesure de débits onéreux.
De plus, les flammes de combustion de type hydroxyque et les flammes de type gaz naturel/oxygène sont difficilement visibles, en particulier le cône de flamme primaire servant au réglage de la flamme.
Afin de tenter de résoudre ce problême d "'invisibilité" de la flamme, il est possible de faire passer l'hydrogêne dans une solution aqueuse contenant un adjuvant destiné à colorer la flamme, par exemple un composé de type borate. Toutefois, si ces composés adjuvants permettent d'obtenir une meilleure visibilité
de la flamme de combustion, ceux-ci n'améliorent pas ou que trës peu les performances de la flamme.
Le but de la présente invention est donc de proposer un mélange combustible, notamment pour l'oxycoupage, ne présentant pas les inconvénients des mélanges gazeux classiques, qui permette d'obtenir des flammes visibles et ayant de bonnes performances, qui soit facile et sûr d'utilisation et de coùt raisonnable, sans nécessiter l'utilisation de composés colorants de l'art antërieur.
La présente invention concerne alors un mélange -gazeux combustible contenant au moins de l'acétylëne et au moins un composé choisi parmi l'hydrogène et le gaz naturel, caractérisé en ce que le rapport (Qc/Qa) de la proportion (Qc) dudit composé choisi parmi l'hydrogêne et le gaz naturel â la proportion (Qa) d'acétylène dudit mélange est compris entre 99 . 1 et 70,1 . 29,9.
De préférence, le rapport (Qc/Qa) est compris entre 5 98 . 2 et 70,2 . 29,8.
Selon un premier mode de réalisation, le mélange gazeux contient de l'hydrogène et de l'acétylène en une proportion d'environ 99 . 1 à environ 90 . l0, de préférence d'environ 97 . 3 à environ 94 . 6.
Selon un autre mode de réalisation, le mélange gazeux contient du gaz naturel et de l'acétylène en une proportion d'environ 90 . 10 à 70,3 . 29,7, de préférence 71 . 29 à 90 . 10, préférentiellement 72 . 28 â 85 . 25, préférentiellement encore 73 . 27 à 80 . 20.
Selon le cas le mélange combustible, selon l'invention, peut comprendre au moins un autre composé
choisi parmi l'azote, l'oxygène, l'arsine, la phosphine, l'ammoniac, l'argon, l'hélium ou des hydrocarbures.
Selon un autre aspect, l'invention concerne également un récipient de conditionnement contenant le mélange gazeux de l'invention, par exemples une bouteille de gaz ou une capacité de stockage.
Selon encore un autre aspect, l'invention concerne aussi un procédé de soudage choisi parmi l'oxycoupage, le perçage en pleine tôle, le brasage, la chauffe, le traitement thermique, en particulier des métaux et alliages métalliques, et le flammage notamment des granits et des marbres, dans lequel on mélange des proportions données d'acétylène et d'un composé choisi parmi l'hydrogène et le gaz naturel, et en ce qu'on obtient un mélange combustible ayant un rapport Qc/Qa selon l'invention.
De préférence, le mélange combustible est réalisé
sur site d'utilisation, de préférence au moyen d'un mélangeur de gaz.
L'invention concerne également un dispositif de soudage susceptible de mettre en oeuvre un procédé selon l'invention, caractérisé en ce qu'il comporte .
- un chalumeau d'oxycombustion, - des canalisations de gaz, - une source d'oxygène ou d'un autre gaz comburant contenant de l'oxygène, par exemple l'air, reliée audit chalumeau, - une source d'acétylène, - une source de gaz naturel ou d'hydrogène, - un mélangeur de gaz relié, en amont, auxdites sources d'acétylène et de gaz naturel ou d'hydrogène et, en aval, audit chalumeau, - des moyens de régulation permettant de contrôler les proportions d'acétylène et de gaz naturel ou d'hydrogène introduites dans le mélangeur, de manière à obtenir un mélange gazeux combustible selon l'invention.
Dans le cadre de l'invention, les sources de gaz peuvent être, selon le cas, des récipients de conditionnement, telles des bouteilles de gaz, ou des canalisations ou conduites d'acheminement de gaz.
De préférence, le mélangeur est un mélangeur à
vannes proportionnelles. En effet, il est préférable d'utiliser un mélangeur vannes proportionnels afin de pouvoir assurer un mélange C2H2/gaz naturel ou hydrogène prédéterminé sensiblement constant donc des performances de la flamme également constantes et ce, même pour une pression d'alimentation en gaz combustible relativement basse, par exemple inférieure à 4.105 Pa.
En outre, l'utilisation d'un tel mélangeur à vannes proportionnelles permet de s'affranchir de toute capacité
tampon servant à homogénéiser le mélange réalisé et à -assurer une pression contante au cours du temps.
Selon l'application, il est possible d'automatiser le dispositif selon l'invention, notamment en opérant un pilotage des moyens de régulation du rapport Qc/Qa au moyen d'une commande numérique et d'une interface, ce qui permet, par ailleurs, de réaliser un contrôle en permanence et à distance, des débits et consommations de gaz.
La présente invention va maintenant être décrite plus en détail à l'aide d'exemples donnês à titre illustratif, mais non limitatif.
Egemnle l1 Un chalumeau d'oxycombustion a été alimenté avec, d'une part, de l'oxygène en tant que gaz comburant et, d'autre part, avec de l'hydrogëne additionné ou non d'acétylène en tant que mélange gazeux combustible.
Ensuite, on a déterminé le temps d'amorçage obtenu avec chacun des mélanges d'oxycombustion testés, c'est-à-dire la durée nécessaire pour porter localement le métal à une température suffisante pour permettre le début de sa combustion dans l'oxygène.
Les mélanges réalisés et les résultats sont consignés dans le tableau I.
TABLEAU I
ESSAI MLANGE H2/Oz + x% de CZH2 TEMPS D'AMORCAGE
N
(valeur indice) A 0% C2H2 1 B 5% C2H2 0~9 C environ 30% C2H2 0,5 I1 apparait au vu du Tableau I que l'addition d'acétylène au mélange OZ/H2 permet d'obtenir une diminution pouvant atteindre 50% du temps d'amorçage (essai C):
En d'autres termes, l'addition d'acétylène au mélange H2/02 est particulièrement bénéfique car, d'une part, il en résulte une augmentation des propriétés de chauffe de la flamme d'oxycombustion ainsi obtenue et, d'autre part, l'ajout d'acétylêne permet de diminuer le débit total du mélange combustible et donc de diminuer les coûts du procédé.
En outre, le réglage de la flamme de chauffe a été
plus aisé à effectuer dans les essais B et C que dans l'essai A, étant donné que la présence de C2H2 permet de faciliter et d'améliorer la visualisation.
Industriellement, on réalisera préférentiellement des mëlanges H2~C2H2 contenant une proportion de 1 à 10%
de C2H2, voire de 3 à 6% de C2H2, le reste étant essentiellement de l'hydrogène et des impuretés éventuelles.
Cet exemple est analogue à l'exemple 1, à
l'exception du fait que l'acétylène a été ajouté, cette fois, à un mélange oxygène/gaz naturel.
Des résultats comparables â ceux de l'exemple 1 ont été obtenus en ce qui concerne la durëe d'amorçage en présence ou en l'absence de C2H2.
En outre, comme précédemment, l'addition de 10 à
environ 30% C2H2, préférentiellement de 20 à 29,5% de C2H2, au gaz naturel permet de créer une zone distincte, c'est-à-dire visible, en flamme primaire permettant d'aboutir à un réglage plus efficace et aisé de la flamme de combustion.
Selon l'invention, un mélange gazeux binaire contenant de 73% à 80% de gaz naturel et de 20% â 27%
d'acétylène, et éventuellement des impuretés habituelles, est particulièrement préféré. . 1 The present invention relates, on the one hand, to a combustible gas mixture containing hydrogen or natural gas, and acetylene, and, on the other hand, a oxycutting process of a metal or an alloy metallic by heating with a flame and supply of a cutting oxygen flow using such a combustible gas mixture.
Conventionally, flame cutting implements, from a on the other hand, a heating flame and, on the other hand, a jet or cutting oxygen flow.
The heating flame, usually fed by a mixture of combustible gas and heating oxygen, largely conditions performance and quality of oxygen cutting.
Currently, the combustible gases known for The supply of the heating flame are acetylene, propane, methane, hydrogen and other gases from liquefied petroleum (LPG), ethylene, propylene optionally mixed with methylacetylene, or alternatively gas mixtures such as CRYLENET "" (mixture comprising approximately 73% ethylene, 22% acetylene and 5%
propylene), TETRENET "" (MAPP type mixture with approximately 39% methylacetylene and propadiene, 44% propylene and 17% a mixture of butane, propane and their unsaturated derivatives); the TETRENET "" and the '2 CRYLENET "" are marketed by the company L'AIR
LIQUID.
In addition, petroleum gas mixtures liquefied (LPG) some components of which contain radicals -OH, are also used to feed an oxy-fuel flame. We can cite, for example, following fuel mixtures that are available in trade: FLAMEXT "", CHEMTANE IIT "', HGXT"", OR EXCELLENET"'.
However, the aforementioned sophisticated mixtures and gases specific hydrocarbon derivatives have costs relatively high, in particular of implementation, being given that they consume a lot of oxygen. Otherwise, they are often sensitive to cold and are conditioned under low pressure.
Acetylene, although allowing to obtain high cutting speeds with good edge qualities cutting, is poorly suited to sharp cuts thicknesses and is sensitive to flashback.
Research to improve the flame of heating of an oxygen cutting process led to mixing between them the different gases above and allowed obtain gas mixtures with properties variables for the application considered.
As such, we can cite the document EP-A-0313176 describing a flame plating process using a detonation gun using a gas mixture oxidizing fuel consisting of oxygen or oxide nitrogenous, as an oxidizer, and a premix acetylene and propylene, methane, ethylene, methylacetylene, propane, pentane, butadiene, butylene, butane, ethylene oxide, ethane, cyclopropane, propadiene and / or cyclobutane, as a fuel.
In addition, document US-A-3982883 teaches a flame cutting process using a gas combustion consisting, on the one hand, of propane, butane, natural gas, acetylene and their mixtures and, on the other part of a hydrocarbon additive, such as 1-pentene, cyclopentane, 1-octene ...
Document JP-A-61042592 describes, meanwhile, a ternary combustion gas mixture for welding, heating or fusion cutting consisting of 20 to 70% of natural gas, 10 to 60% hydrogen and 20 to 70%
acetylene.
Furthermore, document JP-A-50006003 teaches a liquid mixture for welding, heating or cutting of metal consisting of 64 to 95% methane and 5 to 35%
ethylene.
Likewise, the document JP-A-530065303 describes a gas mixture for fusion cutting containing methane, ethylene and liquefied petroleum gas (G.
PL), for example propane or propylene.
In addition, document FR-A-2099217 relates to a combustible gas mixture intended for heating, at the metal fusion, welding or cutting, containing 1 â 77% methylacetylene and / or propadiene, methane, ethane, ethylene, propane and / or propylene.
Mention may also be made of documents JP-A-840203976 and JP-A-840161584 which describe gas mixtures ternaries containing less than 70% natural gas and 20%
70% acetylene and up to 70% hydrogen.
Preferably, according to these documents, the mixture ternary gas contains 60% acetylene, 20% gas hydrocarbon and 60% hydrogen.
In some cases, flame cutting is performed in supplying the heating flame with natural gas, essentially formed of methane. Indeed, the use of natural gas for flame cutting has the advantage use a low cost gas, while -allowing to cut metallic elements on a wide range of thicknesses. However, it has been observed that natural gas provides only a low temperature of flame, requires long warm-up times and leads, moreover, to poor quality of the edges cutting.
In addition, it is known that combustion flames of oxygen / hydrogen or oxygen / natural gas mixtures are relatively difficult to resolve.
Indeed, to obtain a combustion flame having acceptable characteristics, in terms including specific power and temperature, is necessary to carry out a control and measurement precise gas consumption report, which requires the use of measuring devices expensive debits.
In addition, type combustion flames hydroxyque and natural gas / oxygen flames are hardly visible, in particular the cone of primary flame used to adjust the flame.
In order to try to solve this problem of "invisibility" of the flame, it is possible to make pass the hydrogen through an aqueous solution containing a adjuvant intended to color the flame, for example a borate compound. However, if these compounds adjuvants allow better visibility of the combustion flame, these do not improve or very little flame performance.
The aim of the present invention is therefore to propose a combustible mixture, especially for flame cutting, does not not having the disadvantages of gas mixtures classic, which allows to obtain visible flames and having good performance, which is easy and safe of use and reasonable cost, without requiring the use of coloring compounds of the prior art.
The present invention therefore relates to a mixture -combustible gas containing at least acetylene and at least one compound chosen from hydrogen and gas natural, characterized in that the ratio (Qc / Qa) of the proportion (Qc) of said compound chosen from hydrogen and natural gas at the proportion (Qa) of acetylene of said mixture is between 99. 1 and 70.1. 29.9.
Preferably, the ratio (Qc / Qa) is between 5 98. 2 and 70.2. 29.8.
According to a first embodiment, the mixture gas contains hydrogen and acetylene in one proportion of around 99. 1 to about 90. l0, from preferably around 97. 3 to about 94. 6.
According to another embodiment, the mixture gas contains natural gas and acetylene in one proportion of about 90. 10 to 70.3. 29.7, preferably 71. 29 to 90. 10, preferably 72. 28 to 85. 25, preferably still 73. 27 to 80. 20.
Depending on the case, the combustible mixture, according to the invention can comprise at least one other compound chosen from nitrogen, oxygen, arsine, phosphine, ammonia, argon, helium or hydrocarbons.
According to another aspect, the invention relates also a packaging container containing the gas mixture of the invention, for example a bottle gas or storage capacity.
According to yet another aspect, the invention relates also a welding process chosen from flame cutting, the full plate drilling, soldering, heating, heat treatment, in particular of metals and metal alloys, and the flame treatment in particular of granites and marbles, in which we mix given proportions of acetylene and of a chosen compound among hydrogen and natural gas, and in that obtains a combustible mixture having a Qc / Qa ratio according to the invention.
Preferably, the combustible mixture is produced on site of use, preferably by means of a gas mixer.
The invention also relates to a device for welding capable of implementing a process according to the invention, characterized in that it comprises.
- an oxy-fuel torch, - gas pipes, - a source of oxygen or another gas oxidizer containing oxygen, for example air, connected to said torch, - a source of acetylene, - a source of natural gas or hydrogen, - a gas mixer connected, upstream, to said sources of acetylene and natural gas or hydrogen and, downstream, at said torch, - means of regulation making it possible to control the proportions of acetylene and natural gas or hydrogen introduced into the mixer, so to obtain a combustible gas mixture according to the invention.
In the context of the invention, the gas sources may be, as appropriate, containers of packaging, such as gas cylinders, or gas supply lines or pipes.
Preferably, the mixer is a proportional valves. Indeed, it is better use a proportional valve mixer in order to ability to mix C2H2 / natural gas or hydrogen predetermined substantially constant therefore performance of the flame also constant even for a fuel gas supply pressure relatively low, for example less than 4.105 Pa.
In addition, the use of such a valve mixer proportional eliminates all capacity buffer used to homogenize the mixture produced and to -ensure constant pressure over time.
Depending on the application, it is possible to automate the device according to the invention, in particular by operating a control of the means of regulation of the Qc / Qa ratio at by means of a numerical control and an interface, which also allows you to perform a permanently and remotely, flows and consumption of gas.
The present invention will now be described.
in more detail using examples given as illustrative, but not limiting.
Egemnle l1 An oxy-fuel torch was fed with, on the one hand, oxygen as an oxidizing gas and, on the other hand, with or without added hydrogen acetylene as a combustible gas mixture.
Then we determined the priming time obtained with each of the oxycombustion mixtures tested, i.e.
tell how long it takes to locally carry the metal at a temperature sufficient to allow the start of its combustion in oxygen.
The mixtures produced and the results are recorded in Table I.
TABLE I
TEST MIX H2 / Oz + x% CZH2 PRIMING TIME
NOT
(index value) A 0% C2H2 1 B 5% C2H2 0 ~ 9 C about 30% C2H2 0.5 It appears from Table I that the addition acetylene to the OZ / H2 mixture provides a decrease of up to 50% in priming time (test C):
In other words, the addition of acetylene to the H2 / 02 mixture is particularly beneficial because hand, this results in an increase in the properties of heats the oxy-combustion flame thus obtained and, on the other hand, the addition of acetylene makes it possible to decrease the total flow of the fuel mixture and therefore to decrease process costs.
In addition, the heating flame setting has been easier to perform in tests B and C than in test A, since the presence of C2H2 makes it possible to facilitate and improve viewing.
Industrially, we will preferentially realize mixes H2 ~ C2H2 containing a proportion of 1 to 10%
of C2H2, or even 3 to 6% of C2H2, the rest being mainly hydrogen and impurities possible.
This example is analogous to Example 1, at except that acetylene has been added, this times, to an oxygen / natural gas mixture.
Results comparable to those of Example 1 have been obtained with regard to the boot time in presence or absence of C2H2.
Furthermore, as before, the addition of 10 to around 30% C2H2, preferably from 20 to 29.5% of C2H2, with natural gas, creates a separate zone, that is to say visible, in primary flame allowing result in a more efficient and easy flame adjustment combustion.
According to the invention, a binary gas mixture containing 73% to 80% natural gas and 20% to 27%
acetylene, and possibly usual impurities, is particularly preferred.